Un equipo internacional de investigación ha desarrollado un sistema de calefacción con bomba de calor de doble fuente (DSHP) diseñado para aplicaciones con alta temperatura de salida del agua y baja temperatura ambiente.
“Hemos fabricado varios prototipos de la bomba de calor de doble fuente”, explicó a pv magazine el autor principal de la investigación, Jing Li. “La tecnología se ha aplicado en algunos edificios públicos, así como en una casa residencial. También hemos presentado solicitudes de patente [en] la UE, EE UU y China”.
El prototipo se basa en dos evaporadores de baja presión (LE), un evaporador de media presión (ME), un economizador, un condensador de placas, un compresor de inyección de vapor, válvulas de expansión y cinco ventiladores de aire. Dos de los ventiladores son dispositivos de aire de escape y se colocan en la parte superior de la DSHP, mientras que los otros tres ventiladores son dispositivos de aire de descarga y se despliegan en la parte inferior.
Este sistema recupera el calor residual del aire de escape junto con la absorción del calor del aire exterior. Su configuración permite que el aire exterior fluya hacia la unidad exterior y se mezcle con el aire de escape enfriado, convirtiéndose así en un aire mezclado más caliente, que luego fluye a través de los evaporadores de baja presión para la segunda etapa de intercambio de calor. El aire mezclado libera a su vez toda la energía calorífica en el refrigerante de baja presión y se convierte en aire de descarga más frío que el ambiente exterior.
El compresor de inyección de vapor comprime el refrigerante evaporado de los evaporadores de baja presión y lo mezcla con el refrigerante de media presión. La mezcla resultante de refrigerante más frío se descarga en el condensador de placas, donde la propia mezcla libera energía calorífica al agua.
“Posteriormente, una parte del refrigerante fluye hacia el evaporador de media presión y el economizador para la evaporación a media presión tras la correspondiente estrangulación”, explicaron los científicos, señalando que su refrigerante es R410A y que la carga óptima de refrigerante es de 13 kg. “El resto [del] refrigerante fluye a través del economizador para el subenfriamiento seguido de la evaporación a baja presión en evaporadores de baja presión, finalizando así un ciclo”.
El grupo de investigación probó el rendimiento del sistema en el tejado de la biblioteca central de la Universidad de Hull, en el Reino Unido, donde se conectó al conducto negro de extracción de aire. “El DSHP práctico extrae el aire de escape por el conducto desde la ventana de la esquina de la oficina hasta la parte superior del DSHP, y después produce agua caliente y la almacena en depósitos de agua absorbiendo el calor del aire de escape y del aire exterior”, se indicaba.
Los investigadores descubrieron que el sistema DSHP simulado era capaz de proporcionar una temperatura media de salida del agua de trabajo de 56,28 C y un coeficiente de rendimiento (COP) simulado mensual estable entre 2,69 y 3,03 durante todo el año. “La cantidad de calefacción simulada del sistema de calefacción DSHP fue un 9,85% superior al resultado práctico, mientras que el consumo energético simulado fue un 6,36% inferior al resultado práctico”, señalaron, en referencia a las diferencias que registraron entre el sistema simulado y el práctico.
Su análisis también demostró que, dependiendo de la ubicación, el sistema de bomba de calor propuesto es capaz de lograr ahorros anuales en la factura de calefacción que oscilan entre el 20,64% y el 54,36% y reducciones anuales de carbono que van del 14,39% al 86,09%, en comparación con los sistemas tradicionales de calefacción por caldera de gas.
El sistema se presenta en el artículo “Eco-economic performance and application potential of a novel dual-source heat pump heating system” (Rendimiento ecoeconómico y potencial de aplicación de un novedoso sistema de calefacción con bomba de calor de doble fuente), publicado en Energy. El grupo de investigación está formado por académicos de la británica Universidad de Hull y la Universidad de Ciencia y Tecnología de China.
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